JP3789507B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、薄膜の形成に使用されるスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のスパッタリング装置として、例えば図１に示すように、真空容器ａ内に回転自在に設けた基板ｂとシャッターｅを介して対向させてRF電源に接続した複数のスパッタカソードｃ、ｃを設け、各スパッタカソードｃの前面にターゲットｄを設けた構成のRFマグネトロンスパッタリング装置が知られている。
【０００３】
該真空容器ａ内にArガスのスパッタガスを導入して内部を適当な真空圧に調整し、各スパッタカソードｃに電力を投入してその前面にマグネトロン放電を発生させ、一方のシャッターｅを開いて一方のターゲットｄの物質を基板ｂに成膜し、その後このシャッターｅを閉じて他方のシャッターｅを開き、他方のターゲットｄの物質を該基板ｂに続いて成膜することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のスパッタリング装置では、スパッタカソードｃの放電を維持するために、ターゲットｄとシャッターｅの間隔を少なくとも３０mm程度にする必要があり、これ以下の間隔であると放電は発生しない。そのため、ターゲットｄをクリーニングするためのプレスパッタ時に、シャッターｅを閉じておいても、ターゲットｄとシャッターｅとの間から漏れたスパッタ粒子がスパッタガスとの衝突により散乱され、基板ｂの表面にまで到達し、いわゆる回り込み現象を生じて基板ｂを汚染する不都合があった。
【０００５】
また、複数の物質Ａ、Ｂを同時スパッタしながらシャッターｅの交互の開閉のみで多層膜を基板ｂに作成する場合には、上記の理由により一つの物質の成膜中の膜内に他の物質のスパッタ粒子が混入し、例えば物質Ａの膜を作成中に物質Ｂが混入するため、多層膜を構成する各層の膜を不純物の混入のない純度の高い物質で作成することができない。この場合の回り込み対策として、物質Ａ、Ｂの各カソードｃ、ｃに対して交互に電力を投入して成膜することも考えられるが、各ターゲットｄのプレスパッタ時に、ターゲットの表面を覆っていた汚染物質が回り込みによって基板ｂに付着すると共に、回り込みのために厳密な膜厚制御ができない欠点がある。しかも多層膜の作成に時間を要して能率的でない。
【０００６】
更に、上記の従来のカソードの構成では、２．５〜３×１０^-1Pa以下のスパッタ圧力では放電が不安定になり、成膜することができない。
【０００７】
本発明は、シャッターを閉じた時の回り込みがなく、シャッターの開閉のみにより膜の生成が制御できると共に不純物の少ない多層膜を作成できるスパッタリング装置を提供すること、及び低圧でもスパッタリングを行えるスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、真空容器内に基板とシャッターを介して対向したスパッタカソードを設けたスパッタリング装置に於いて、スパッタカソードにスパッタ面の側方を取囲む筒形のカソードカバーを設けて、カソードカバーの開口端部に開閉可能なシャッターを設け、カソードカバーの内部にスパッタガスを導入するためのガス導入管を設けており、シャッターを閉じた状態でカソードカバー内で放電可能とするとともに、カソードカバー内のカソード近傍におけるスパッタガス分圧を局所的に高く調節可能にした構成を有している。
さらに、本発明では、上記構成に加え、スパッタガス分圧が、０．６７から０．０６７Ｐａまで調節可能である構成を有している。
また本発明では、スパッタカソードを複数台とし、各スパッタカソードにカソードカバーを設けて各カソードカバーの開口端部に夫々シャッターを設け、各カソードカバーの内部へスパッタガスを導入するガス導入管を設けた構成とすることが好ましい。
【０００９】
【作用】
シャッターを閉めた状態では、スパッタカソードが放電状態にあっても、その周囲がカソードカバーで囲まれ、該カソードカバーの開口部がシャッターで閉じられているので、ターゲットの表面から発生するスパッタ粒子は該カソードカバー内に留まり、基板の表面に付着することがない。従って、基板に純度の高い膜を形成でき、膜厚の制御を正確に行える。また、ガス導入管からスパッタガスを該カソードカバーの内部へ導入することにより、例えば６×１０^-2Pa以下のスパッタ圧力に於いても安定に放電を維持することができる。
【００１０】
【実施例】
本発明の実施例を図２に基づき説明すると、符号１は適当な真空排気装置により真空排気されたスパッタリング装置の真空容器を示し、該真空容器１内に回転自在のワークホルダー２に基板３を保持させ、該基板３に対向した位置にシャッター４を夫々介してスパッタカソード５ａ、５ｂを設けた。各スパッタカソード５ａ、５ｂにはDC或いはRFの電源６が接続され、図示の例では該カソード５ａ、５ｂに設けたターゲット７の背後からその前面へ漏洩した磁界を形成する磁石８を設けてマグネトロンスパッタを行える形式とした。
【００１１】
こうした構成は従来のスパッタリング装置と同様であるが、本発明では複数台のスパッタカソード５ａ、５ｂにそのスパッタ面の側方を取囲む筒形のカソードカバー９を夫々設け、各カバー９の開口端部１０に夫々シャッター４を設けて各ターゲット７から発生するスパッタ粒子の回り込み現象を防止し、該カバー９の内部へ外部のガス源からArガス等のスパッタガスを導入するためのガス導入管１１を設けて従来のスパッタ圧力よりも低い圧力でも放電を維持できるようにした。１２はシャッター４を駆動するアクチュエータである。該シャッター４は開口端部１０と最小の隙間を持つように設けられる。
【００１２】
図示の実施例に於いて、各カソード５ａ、５ｂに互いに異なる物質のターゲット７、７を載せ、該真空容器１の内部を真空に排気した後、Arガスを各ガス導入管１１から例えば０．６７〜０．０６７Paまで導入し、シャッター４を閉じた状態で各カソード５ａ、５ｂにRF電力を投入すると放電が生じ、シャッター４を交互に開くと各ターゲット７の物質のスパッタ粒子が交互に回転する基板３の表面に膜状に堆積し、ターゲット７、７が例えばＡｌとＣｕであるなら、Ａｌ膜とＣｕ膜が交互になった多層膜が堆積する。各カソード５ａ、５ｂのスパッタ面の側方はカソードカバー９で取囲まれているので、シャッター４を閉じた状態でスパッタを維持しておいても、そのスパッタ粒子が回り込みにより基板３に付着することがなく、従って、シャッター４を開いたカソードからのスパッタ粒子で不純物の混入の少ない成膜を多層に行え、回り込みがないから該シャッター４の開閉時間を制御するだけで正確な厚さの膜を成膜できる。また、該カソードカバー９の内部にガス導入管１１からスパッタガスを導入するので、そのシャッター４が閉鎖されていても該カバー９内のカソード近傍におけるスパッタガス分圧が局所的に高いため放電を維持することができる。放電が停止すると、ターゲットの表面に気体分子が不純物となって付着するので、再スパッタするときにはプレスパッタを行ってターゲット表面をクリーニングする必要があり、そのための時間も掛かるが、放電を真空容器内が低い圧力であっても維持できるため、プレスパッタの必要がなくなる。本発明の実施例を更に詳細に説明すると下記の通りである。
【００１３】
図示の各カソード５ａ、５ｂの一方にＡｌのターゲット７を載せ、基板３としてSiウエハを用意した。そして真空容器１内を排気した後、ガス導入管１１からArガスを０．６７〜０．０６７Paまで導入し、シャッター４を閉じた状態で該一方のカソードにRF電力を印加してマグネトロンスパッタを該カソードカバー９内で行い、該基板３に堆積する膜の量を測定した。膜厚の測定は、触針式表面粗さ計によって行い、更に、微量の膜の堆積については、ＥＰＭＡによる基板３上のＡｌ成分の分析により行った。これと比較のために同様の条件でカソードカバーのない、従来のマグネトロンスパッタ装置でシャッターを閉じてスパッタを行い、Siの基板３に堆積する膜の量を測定した。その結果は表１に示す通りであり、従来例であるカバー無しのものでは、シャッターを閉じておいても１時間で１１０nmの膜の生成が見られるのに対し、本発明のものでは、１．５時間経過しても膜の生成は確認できず、更にＥＰＭＡによってもＡｌが検出されないことから、ＥＰＭＡの検出限界値以下の堆積量であることが確認できた。
【００１４】
【表１】

【００１５】
また、本発明の図示実施例に於いて、スパッタカソードを３台設け、夫々のカソードにＡｌ、Ｃｕ、ＳＵＳのターゲットを設置し、真空容器１内を排気し、Ａｒガスを０．６７〜０．０６７Paまで導入した。そしてシャッターを閉じた状態で３台のカソード全てにRF電力を印加し、放電を発生させたのち、Ａｌカソードのシャッターのみを開き、Si基板３にＡｌ膜を成膜し、Ａｌ膜中のＣｕ、ＳＵＳ成分をＥＰＭＡにより測定した。一方、これとの比較のために、同様の条件でカソードカバーのない３台のカソードを備えたマグネトロンスパッタ装置により、Ａｌ、Ｃｕ、ＳＵＳのターゲットをマグネトロンスパッタし、Ａｌのカソードのシャッターのみを開いてSi基板に成膜したＡｌ膜中のＣｕ、ＳＵＳ成分をＥＰＭＡにより測定した。その結果は表２の如くであり、従来のカソードカバーのない装置では、数１０％のＣｕ、ＳＵＳ成分が不純物として膜中に混入しているが、本発明の装置ではＥＰＭＡの検出値以下になった。また、この従来の装置では、０．０６７Pa以下の圧力になると、放電を維持できなかった。
【００１６】
【表２】

【００１７】
更に、上記の本発明の３台のスパッタカソードを備えた装置で、各カソードの印加電力をＤＣ電力に変更し、上記と同条件で０．６７Paの圧力でシャッターを閉じてマグネトロンスパッタを行ない、Ａｌカソードのみのシャッターを開いてSi基板に成膜した膜の組成をＥＰＭＡにより分析した。その結果を表３に示す。これより明らかなように、Ａｌ膜中の不純物は、他のカソードが放電しているにもかかわらずＥＰＭＡの検出限界値以下であった。
【００１８】
【表３】

【００１９】
図２に示したカソード５ａ、５ｂの上部にＲＦコイルを設けて誘導結合プラズマ支援マグネトロンスパッタ装置（カソードにはＲＦ及びＤＣ電力を投入）としても、カソード５ａ、５ｂをカソードカバー９で覆っておくことにより、表２と同様の結果が得られた。
【００２０】
尚、図示の例ではマグネトロン型のカソードを示したが、DC２極型やRF型のスパッタカソードであってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、スパッタリング装置のスパッタカソードにそのスパッタ面の側方を取囲む筒形のカソードカバーを設けて該カソードカバーの開口端部にシャッターを設けたので、シャッターを閉じるとスパッタリングに伴う回り込みが防止され、基板にターゲット表面の汚染物質が付着することがなくなり、複数のカソードの放電を維持したままシャッターの開閉のみで高純度且つ高精度の膜厚の多層膜を作製でき、該カソードカバーの内部にスパッタガスを導入するためのガス導入管を設けたので、６×１０^-2Pa以下のスパッタ圧でも安定な放電を維持して成膜を行える等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスパッタリング装置の截断側面線図
【図２】本発明の実施例の截断側面線図
【符号の説明】
１ 真空容器 ３ 基板 ４ シャッター
５ａ、５ｂ スパッタカソード ７ ターゲット ９ カソードカバー
１０ 開口端部 １１ ガス導入管

Claims (3)

1. 真空容器内に基板とシャッターを介して対向したスパッタカソードを設けたスパッタリング装置に於いて、
   前記スパッタカソードにそのスパッタ面の側方を取囲む筒形のカソードカバーを設けて、このカソードカバーの開口端部に開閉可能な前記シャッターを設け、
   前記カソードカバーの内部にスパッタガスを導入するためのガス導入管を設けており、
   前記シャッターを閉じた状態で前記カソードカバー内で放電可能とするとともに、前記カソードカバー内のカソード近傍におけるスパッタガス分圧を局所的に高く調節可能にしたことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記スパッタガス分圧が、０．６７から０．０６７Ｐａまで調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 前記スパッタカソードは複数台であり、各スパッタカソードに前記カソードカバーを設けて各カソードカバーの開口端部に夫々シャッターを設け、各カソードカバーの内部へスパッタガスを導入するガス導入管を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。

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